Soprattutto, il boom dei grandi aerei li sta capovolgendo Mondo materiale um: All'improvviso, il titanio, le leghe a base di nichel, gli acciai ad alta resistenza e le materie plastiche in fibra di carbonio (CFRP) devono essere lavorati su larga scala e con un'elevata produttività. I concetti convenzionali di lubrorefrigeranti nella produzione spesso raggiungono i loro limiti fisici qui. Un nuovo concetto di raffreddamento è il raffreddamento criogenico, presso l'ISF TU Dortmund University è oggetto di ricerca. 

Il raffreddamento criogenico non è nulla di veramente nuovo in sé e per sé, poiché esisteva negli Stati Uniti già negli anni '1950 primi tentativi di raffreddamento con CO₂. Alla fine degli anni '1990 c'è stato un importante progetto di ricerca presso la Columbia University con dodici società industriali sul raffreddamento ad azoto. L'Institute for Machining Production (ISF) ha iniziato nel 2003 con gli acciai altolegati e negli ultimi anni si è occupato intensamente del raffreddamento criogenico nella lavorazione di materiali speciali come il titanio e le leghe a base di nichel.

Raffreddamento criogenico durante la lavorazione di leghe di titanio

Il raffreddamento criogenico è particolarmente vantaggioso per il leghe di titanioche siamo molto limitati in termini di materiale da taglio. Può essere trovato qui con il strumenti Utilizzare solo metalli duri perché i taglienti in ceramica e CBN si consumano dopo poco tempo. Per aumentare la produttività durante la lavorazione del titanio con utensili in metallo duro, è necessario un processo di raffreddamento adattato. Qui, ad esempio, la lubrificazione con raffreddamento ad alta pressione si è dimostrata efficace.

Con il nuovo processo di raffreddamento, il Vita utensile oppure aumentare la velocità di taglio e quindi la produttività della lavorazione. Questo è certamente un fattore molto motivante, ad esempio nel settore dell'aviazione in rapida crescita, che deve utilizzare sempre più il titanio a causa della crescente quota di CFRP.

Indagini su diversi concetti di raffreddamento

L´ ISF ha condotto esperimenti con l'allagamento, l'alta pressione, il CO₂-Schneestrahlkühlung e combinazioni di tecnologia criogenica e quantità minima di lubrificazione di. Per Inconel 718, una lega a base di nichel per la gamma ad alta temperatura, si è scoperto che con CO puro₂-Il raffreddamento della mancanza di lubrificazione porta a una grave usura. Una combinazione con la lubrificazione a quantità minima (MQL) - una lavorazione quasi a secco - riduce l'usura sul fianco e sull'intaglio.

Postazione di lavoro ergonomica per computer in ufficio e home office

Tuttavia, il successo sta e cade con il Tipo di alimentazione, la pressione della quantità minima erogata e la corretta selezione dell'olio MQL resistente al freddo. C'è ancora bisogno di azione nella progettazione. Ci concentriamo solo sulla CO nel raffreddamento criogenico₂, dipende dal tipo di raffreddamento dell'utensile.

* raffreddamento utensile interno, che è tecnicamente molto complesso a causa dell'introduzione di fori di raffreddamento, può essere implementato solo con azoto, poiché l'azoto è presente a una temperatura di quasi -200 gradi Celsius durante l'intera alimentazione. Se il mezzo di raffreddamento viene fornito esternamente tramite ugelli, sia azoto che CO₂ adatto. Il CO uscente₂ Sebbene con meno 82 gradi Celsius abbia una temperatura inferiore rispetto all'azoto, la capacità termica specifica è maggiore, poiché il CO₂ è presente in forma liquida fino all'uscita dell'ugello.

Nuova tendenza nella tecnologia di raffreddamento

A proposito, il raffreddamento criogenico è un vera tendenza e non campagna pubblicitaria: Da un lato, l'industria aeronautica ha un chiaro bisogno di processi più efficienti e, dall'altro, abbiamo dimostrato, dal punto di vista della ricerca, i vantaggi essenziali della tecnologia criogenica come mezzo per aumentare la produttività. L'interesse c'è: lo dimostra Premium Aerotec GmbH, un fornitore leader del settore, che ha già acquistato macchine con raffreddamento criogenico e sta testando la tecnologia.

L'economia del raffreddamento criogenico dipende da questo CO₂consumo a partire dal. Al fine di ridurre i costi del consumo di anidride carbonica, abbiamo già effettuato studi per ridurre i consumi. Abbiamo dimostrato che con una CO significativamente ridotta₂ Flusso di massa può essere lavorato con precisione da 2,7 a 0,6 chilogrammi al minuto con risultati altrettanto buoni. Con ulteriore ottimizzazione e riduzione della CO₂Il consumo è previsto in un aumento significativo della produttività, che ripaga il raffreddamento criogenico.

Adattamento a strumento e macchina

Per i criogenici Raffreddamento a getto di neve abbiamo bisogno di strumenti modificati. Possono essere utilizzati gli strumenti per il raffreddamento ad alta pressione i cui ugelli sono collegati al CO₂-Il getto di neve può essere regolato in termini di distanza, forma, diametro ed eventualmente posizione. Nelle macchine utensili, una fornitura di CO a tenuta di gas e pressione₂-Getto di neve attraverso la torretta e durante la fresatura attraverso il mandrino.

Raffreddamento ottimizzato durante lo sfregamento basato sulla produzione additiva

Tuttavia, a differenza del raffreddamento ad azoto con le sue temperature estremamente basse di circa meno 200 gradi Celsius Non preoccuparti della compensazione termica durante la progettazione delle macchine. Presso il CO₂Il raffreddamento è tutto sommato abbastanza semplice: sono necessari un serbatoio nella macchina e linee resistenti alla pressione. Questo tipo di raffreddamento criogenico può quindi essere adattato in modo relativamente semplice: si presta quindi anche agli ingegneri meccanici che vogliono fare esperienza con esso. Con l'azoto, l'intero design è più complicato.

Per inciso, abbiamo dimostrato nei test che anche l'usura delle leghe di titanio può essere notevolmente ridotta rispetto al raffreddamento ad alta pressione. Inoltre, il raffreddamento efficace il punto di azione e lo spostamento dell'ossigeno ad una ridotta influenza sulle zone marginali.